“東數(shù)西算”典型數(shù)據(jù)中心環(huán)境問題及其防治對策

通信世界網(wǎng)消息（CWW）我國政府于2021年啟動“東數(shù)西算”工程，規(guī)劃在八大樞紐節(jié)點建設(shè)國家數(shù)據(jù)中心集群，標(biāo)志著我國數(shù)據(jù)中心建設(shè)進(jìn)入集約化、規(guī)模化發(fā)展的新階段。在頂層設(shè)計與人工智能算力需求的雙重驅(qū)動下，全國數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模持續(xù)高速增長，產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)顯著。

然而，產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展也伴隨著嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)中心作為高載能基礎(chǔ)設(shè)施，其巨大的電力消耗間接導(dǎo)致了顯著的碳排放與污染物排放。更為直接的是，其內(nèi)部復(fù)雜的工藝系統(tǒng)在運營期持續(xù)產(chǎn)生廢水、廢氣、噪聲、固體廢物等多種污染物，并存在電磁輻射與環(huán)境風(fēng)險隱患。隨著數(shù)據(jù)中心布局密度與單體規(guī)模的不斷提升，其對環(huán)境影響的系統(tǒng)性、復(fù)雜性與長期性已不容忽視，綠色低碳轉(zhuǎn)型成為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

基于此，本文立足于某“東數(shù)西算”典型項目的工程實踐，系統(tǒng)解析數(shù)據(jù)中心工藝系統(tǒng)對環(huán)境的影響，并構(gòu)建一個貫穿源頭控制、過程管理與末端治理全鏈條的綜合性污染防治體系，以期為數(shù)據(jù)中心的綠色規(guī)劃、低碳運營與合規(guī)管理提供一套可復(fù)制、可驗證的系統(tǒng)性解決方案與實踐路徑。

1 研究方法

為系統(tǒng)評估數(shù)據(jù)中心對環(huán)境的影響，本研究綜合采用了理論分析與工程案例實踐相結(jié)合的技術(shù)路線。具體而言，通過文獻(xiàn)調(diào)研建立環(huán)境影響因果鏈，進(jìn)而依托甘肅慶陽某“東數(shù)西算”項目A級數(shù)據(jù)中心的工程實踐進(jìn)行驗證。首先，通過文獻(xiàn)調(diào)研與系統(tǒng)分析，厘清數(shù)據(jù)中心核心工藝系統(tǒng)與環(huán)境影響之間的因果關(guān)系鏈；其次，選取位于甘肅慶陽樞紐節(jié)點的某典型A級數(shù)據(jù)中心作為案例，通過現(xiàn)場實地調(diào)研、運行數(shù)據(jù)收集及關(guān)鍵點位環(huán)境監(jiān)測，獲取一手實踐數(shù)據(jù)；最后，基于案例的系統(tǒng)性分析，構(gòu)建一套覆蓋環(huán)境影響全要素的污染防治對策體系。

2 環(huán)境影響溯源與識別

通過對數(shù)據(jù)中心工藝系統(tǒng)構(gòu)成與運行邏輯的深入解析，建立“工藝系統(tǒng)—污染源—環(huán)境影響因素”的對應(yīng)關(guān)系模型，準(zhǔn)確識別數(shù)據(jù)中心對環(huán)境的影響。

2.1 數(shù)據(jù)中心工藝系統(tǒng)構(gòu)成

數(shù)據(jù)中心工藝系統(tǒng)主要由實現(xiàn)計算功能的核心IT設(shè)備與提供運行保障的基礎(chǔ)設(shè)施兩大部分構(gòu)成。IT設(shè)備包括服務(wù)器、存儲與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；基礎(chǔ)設(shè)施則為其提供必需的物理環(huán)境和能源動力。數(shù)據(jù)中心工藝系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)中心工藝系統(tǒng)構(gòu)成

（1）供配電系統(tǒng)：該系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)據(jù)中心持續(xù)、不間斷的供電任務(wù)，是能源消耗的核心環(huán)節(jié)。其中，作為應(yīng)急備用電源的柴油發(fā)電機組，是廢氣與噪聲的主要產(chǎn)生源；UPS及直流屏系統(tǒng)中的蓄電池組在達(dá)到更換周期后，會產(chǎn)生廢舊蓄電池，構(gòu)成固體廢物管理的重點；而高壓變電站及配電裝置則是工頻電場、工頻磁場等電磁環(huán)境影響的來源。

（2）制冷系統(tǒng)：該系統(tǒng)負(fù)責(zé)耗散IT設(shè)備及供配電系統(tǒng)運行所產(chǎn)生的巨大熱量，是數(shù)據(jù)中心主要的能耗與水耗單元之一。冷水機組、水泵等設(shè)備是主要的連續(xù)噪聲源；冷卻塔作為噪聲與廢水的復(fù)合污染源，其選型直接決定了系統(tǒng)的水資源消耗強度與排污特性。

（3）主機房：主機房是電子信息設(shè)備安裝和運行的建筑空間。IT設(shè)備在此集中部署，其高密度運行構(gòu)成了數(shù)據(jù)中心總能耗的根源。設(shè)備在達(dá)到生命周期后報廢，將產(chǎn)生大量的電子廢物，其中包含廢電路板等需要進(jìn)行專業(yè)化處置的危險組件。

2.2 環(huán)境影響因素識別與分析

基于上述工藝系統(tǒng)分析，識別出數(shù)據(jù)中心在運營期的潛在環(huán)境影響因素如下。

（1）水環(huán)境影響

數(shù)據(jù)中心運營期的廢水主要來源于冷卻塔的定期排污與清洗過程。其水質(zhì)及水量特性與冷卻塔類型密切相關(guān)。開式冷卻塔由于循環(huán)水直接與空氣接觸，易因蒸發(fā)和飄逸而水質(zhì)惡化，為控制結(jié)垢和微生物（如軍團(tuán)菌）滋生，需要大量排污和投加化學(xué)藥劑，因而耗水量大，所排出的水中含有高濃度的溶解性總固體、鈣鎂離子、氯離子及藥劑殘留。研究表明，在相同散熱負(fù)荷下，開式冷卻塔的補水量可達(dá)閉式冷卻塔的1.5倍以上，是數(shù)據(jù)中心運營水耗的主要產(chǎn)生者。相較而言，閉式冷卻塔采用間壁式換熱，循環(huán)水處于密閉系統(tǒng)內(nèi)，水質(zhì)保持良好，排污量顯著降低。

（2）大氣環(huán)境影響

為確保供電可靠性，數(shù)據(jù)中心均配備應(yīng)急備用柴油發(fā)電機組，該機組在電網(wǎng)穩(wěn)定地區(qū)年運行時間通常為50~100小時，主要在月度測試和應(yīng)急情況下啟用。其運行時產(chǎn)生的煙氣是數(shù)據(jù)中心主要的大氣污染源，主要污染物包括氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SO2）和顆粒物（PM）。

（3）聲環(huán)境影響

在數(shù)據(jù)中心的多種噪聲源中，冷卻塔對環(huán)境的影響最為明顯。由于其通常布置于建筑屋頂，噪聲傳播范圍廣，在距聲源1米處的噪聲可達(dá)65~95dB(A)，且以風(fēng)機噪聲和淋水噪聲為主，頻帶較寬，因此易引發(fā)周邊環(huán)保投訴。此外，變電站的變壓器、冷水機組和水泵也是重要的連續(xù)性噪聲源。

（4）固體廢物影響

固體廢物主要包括廢舊蓄電池和電子廢物兩大類。鉛酸蓄電池（危險廢物代碼：900-052-31）更換周期通常為6至8年；鋰離子電池更換周期為8至10年，目前多按一般工業(yè)固體廢物管理。IT設(shè)備更新周期為3至5年，所產(chǎn)生的電子廢物中包含廢電路板（危險廢物代碼：900-045-49）等危險組件，對電子廢物的規(guī)范化、資源化處置是數(shù)據(jù)中心循環(huán)經(jīng)濟的重要體現(xiàn)。

（5）電磁環(huán)境影響

110kV及以上電壓等級的變電站是主要的電磁環(huán)境影響源，其影響因子為工頻電場和工頻磁場，應(yīng)依法進(jìn)行電磁環(huán)境影響評價，確保其符合《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702—2014）等國家標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。

（6）環(huán)境風(fēng)險分析

儲油罐是數(shù)據(jù)中心主要的環(huán)境風(fēng)險源。為滿足A級數(shù)據(jù)中心12小時滿負(fù)荷運行的要求，一個IT功率為1.5萬千瓦的數(shù)據(jù)中心儲油量可達(dá)50立方米以上，存在因腐蝕、破損或操作失誤導(dǎo)致的柴油泄漏風(fēng)險，可能對土壤和地下水環(huán)境造成長期污染。針對地下儲油罐的模擬研究顯示，單次泄漏事件中柴油的遷移范圍可達(dá)數(shù)百米，對地下水水質(zhì)構(gòu)成長期潛在威脅[4]。

3 數(shù)據(jù)中心環(huán)境污染防治對策

基于上述環(huán)境影響的識別結(jié)果，構(gòu)建一套覆蓋源頭控制、過程管理與末端治理的全鏈條污染防治體系至關(guān)重要。

3.1 水污染防治對策

針對冷卻塔排污這一主要水污染源，源頭削減是根本，應(yīng)優(yōu)先選擇耗水量低的閉式冷卻塔。工程實踐表明，此舉可較開式冷卻塔降低約30%的補水量。過程控制是關(guān)鍵，應(yīng)通過智慧水務(wù)系統(tǒng)精準(zhǔn)監(jiān)控水質(zhì)，合理投加環(huán)保型藥劑，將循環(huán)水濃縮倍率穩(wěn)定控制在5~8倍的最佳區(qū)間，從根本上減少排污量。末端治理與回用是保障，對于排放的廢水，在具備納管條件的地區(qū)須確保其滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962—2015）；在環(huán)境敏感或水資源短缺地區(qū)，則應(yīng)采用“預(yù)處理+反滲透”等深度處理工藝。此外，應(yīng)建立完善的雨污分流系統(tǒng)，并將雨水收集回用于綠化及道路澆灑，這已成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)配置，能有效提升水資源循環(huán)利用效率。

3.2 大氣污染防治對策

柴油發(fā)電機組是數(shù)據(jù)中心主要的大氣污染源，其污染防治須貫穿運行全過程。源頭控制方面，應(yīng)強制使用硫含量低于10mg/kg的國VI標(biāo)準(zhǔn)柴油。研究亦表明，采用具有低硫、低多環(huán)芳烴特性的清潔燃料，可有效從源頭降低柴油機的顆粒物（PM）、一氧化碳（CO）和總碳?xì)洌═HC）排放。過程優(yōu)化方面，在設(shè)備選型時應(yīng)優(yōu)先采購采用高壓共軌、渦輪增壓及廢氣再循環(huán)等先進(jìn)技術(shù)的低氮燃燒發(fā)電機組。末端治理方面，在環(huán)保要求嚴(yán)格的區(qū)域，必須為發(fā)電機組加裝柴油顆粒過濾器（DPF）和選擇性催化還原（SCR）等高效尾氣凈化裝置。針對數(shù)據(jù)中心備用柴發(fā)的運行特性，已有研究提出了專門的選擇性催化還原裝置設(shè)計方法，通過優(yōu)化催化劑選型與系統(tǒng)布局，實現(xiàn)氮氧化物（NOx）的高效穩(wěn)定去除，確保各項污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

3.3 噪聲污染防治對策

為有效控制冷卻塔、冷水機組、水泵及變壓器等設(shè)備產(chǎn)生的噪聲，須實施從聲源到傳播途徑的多層次綜合治理。聲源控制是首選，應(yīng)優(yōu)先選用低噪聲風(fēng)機、水泵及“靜音型”冷卻塔。對于變電站，選用低噪聲主變壓器并實施基礎(chǔ)減振，是經(jīng)驗證的有效措施。傳播途徑阻斷是核心，可在冷卻塔進(jìn)排風(fēng)口加裝高效消聲器，并在噪聲傳播路徑上設(shè)立隔聲屏障。實踐表明，通過上述系統(tǒng)性治理，數(shù)據(jù)中心廠界噪聲完全能夠滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348—2008）的限值要求。

3.4 固體廢物防治對策

針對數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的固體廢物，特別是危險廢物，必須實施嚴(yán)格的分類與規(guī)范化管理。廢舊鉛酸蓄電池和廢電路板等危險廢物，必須嚴(yán)格按照《危險廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18597—2023）的要求，設(shè)置專門的危廢暫存間，并執(zhí)行“即換即清”政策，委托具備相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行安全處置與資源化回收。對于變壓器油等液態(tài)危險廢物，其環(huán)境風(fēng)險防范至關(guān)重要。應(yīng)在設(shè)計中為每臺主變配置事故油坑與排油系統(tǒng)，并連接一座容積充足（按單臺設(shè)備100%油量設(shè)計）的事故油池，池體須做防滲處理，確保事故狀態(tài)下廢油可被完全收集并做無害化處置。

3.5 電磁環(huán)境防治對策

針對變電站產(chǎn)生的工頻電場和工頻磁場，應(yīng)采取主動防護(hù)。規(guī)劃優(yōu)化是前提，在總圖布置階段應(yīng)使其遠(yuǎn)離居民區(qū)、學(xué)校等環(huán)境敏感區(qū)域。技術(shù)選型是關(guān)鍵，優(yōu)先采用氣體絕緣組合電器并將變電站設(shè)計為戶內(nèi)站或預(yù)制艙式，利用建筑結(jié)構(gòu)與金屬殼體進(jìn)行自然屏蔽，這是降低電磁環(huán)境影響的根本性措施。工程實測表明，采用上述設(shè)計的110kV變電站，其廠界處的工頻電場和磁感應(yīng)強度可穩(wěn)定控制在數(shù)V/m和小于1μT的水平，遠(yuǎn)低于《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702—2014）規(guī)定的4kV/m和100μT的公眾曝露控制限值。

3.6 環(huán)境風(fēng)險防治對策

大型數(shù)據(jù)中心的儲油罐是主要環(huán)境風(fēng)險源。防范體系應(yīng)覆蓋工程設(shè)防與智能監(jiān)控兩大維度。工程設(shè)防是基礎(chǔ)，對于埋地儲油罐，強制采用雙層罐結(jié)構(gòu)并設(shè)置防滲圍堰，構(gòu)成防止柴油泄漏污染土壤與地下水的雙重物理屏障。智能監(jiān)控是提升，應(yīng)為儲油罐配置液位在線監(jiān)測與滲漏檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)對風(fēng)險源的24小時不間斷監(jiān)控。同時，制定涵蓋變壓器油泄漏、柴油泄漏等場景的專項應(yīng)急預(yù)案，并納入園區(qū)統(tǒng)一應(yīng)急管理范疇，開展定期演練，方能形成完整可靠的環(huán)境風(fēng)險防控閉環(huán)。

4 結(jié)論與展望

本文通過系統(tǒng)分析并結(jié)合“東數(shù)西算”典型項目的工程實踐，構(gòu)建了覆蓋水、氣、聲、固體廢物、電磁環(huán)境及環(huán)境風(fēng)險六大環(huán)境要素的全鏈條、多層次防治體系，以期為數(shù)據(jù)中心的綠色規(guī)劃、低碳運營與合規(guī)管理提供參考。展望未來，數(shù)據(jù)中心的環(huán)境治理應(yīng)與智慧化、資源化發(fā)展方向深度融合，重點包括：構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧環(huán)境管理平臺，實現(xiàn)污染物的精準(zhǔn)管控與能源資源的智能調(diào)度；全面推廣可再生能源應(yīng)用，持續(xù)降低碳足跡；積極探索廢水“近零排放”、機房余熱利用等資源循環(huán)技術(shù)。

通過上述努力，推動數(shù)據(jù)中心從能源消耗型設(shè)施向“綠色算力”基礎(chǔ)設(shè)施的根本性轉(zhuǎn)變，為國家“雙碳”戰(zhàn)略與數(shù)字經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供堅實支撐。